Кабель витая пара

Кабель «витая пара» (англ. Twisted Pair) — это тип кабеля связи, состоящий из одной или нескольких пар изолированных проводников, скрученных между собой с определенным шагом и покрытых пластиковой оболочкой. Скручивание проводников является ключевым элементом, позволяющим значительно повысить устойчивость кабеля к электромагнитным помехам. Это основной физический носитель для построения локальных вычислительных сетей (LAN), систем телефонии и видеонаблюдения.

1. Принцип работы и физические основы

Принцип скрутки: Электромагнитная помеха, исходящая от внешних источников (силовые кабели, двигатели, другие сетевые кабели), наводит одинаковые по амплитуде и фазе паразитные сигналы в обоих проводниках одной пары. На приемном конце эти помехи взаимно вычитаются, в то время как полезный дифференциальный сигнал (разность потенциалов между двумя проводниками) усиливается. Это называется дифференциальной (балансной) передачей сигнала.

Шаг скрутки: Разный шаг скрутки для каждой пары в одном кабеле уменьшает перекрестные наводки между парами (Crosstalk — NEXT).

2. Конструкция кабеля «витая пара»

1. Токопроводящая жила:
   • Материал: Чаще всего медь (CU). Для удешевления может использоваться омедненный алюминий (CCA — Copper Clad Aluminium), но он менее надежен и имеет большее сопротивление.
   • Строение: Однопроволочная (Solid) — для стационарной прокладки в стенах, кабель-каналах. Многопроволочная (Stranded) — для патч-кордов, где важна гибкость.
2. Изоляция жилы:
   • Материал: Полиэтилен (PE), Поливинилхлорид (PVC) или Пропилен (PP).
   • Цветовая маркировка: Каждая жила в паре имеет свой цвет изоляции согласно стандартным схемам (T568A/T568B).
3. Пара: Две изолированные жилы, скрученные вместе.
4. Разделительный корд (Крестовина / Spline): В кабелях категорий 6 и выше присутствует пластиковый или нитяной разделитель, который дополнительно разводит пары и снижает перекрестные наводки.
5. Экран (при наличии):
   • Назначение: Дополнительная защита от внешних электромагнитных помех (EMI) и предотвращение излучения сигнала вовне.
   • Материал: Алюминиевая фольга, медная оплетка или их комбинация.
6. Дренажный провод: Неизолированный проводник, контактирующий с экраном из фольги, служащий для его заземления.
7. Внешняя оболочка:
   • Материал:
     • PVC (ПВХ): Для внутренней прокладки.
     • PE (Полиэтилен): Для внешней (уличной) прокладки, устойчив к УФ-излучению и перепадам температур.
     • LSZH (Low Smoke Zero Halogen): Безгалогенный, с низким дымовыделением. Используется в местах скопления людей (вентиляционные шахты, метро, самолеты), так как при горении не выделяет токсичные газы.
   • Цвет: Чаще всего серый (внутренний), черный (внешний), оранжевый (LSZH).

3. Классификация, категории и типы экранирования

3.1. Типы экранирования (самая важная классификация)

• UTP (Unshielded Twisted Pair) — Неэкранированная витая пара:
  • Конструкция: Отсутствует какой-либо экран. Есть только оболочка.
  • Применение: Офисы, дома, помещения без сильных электромагнитных помех.
  • Преимущества: Дешевизна, гибкость, простота монтажа.
• FTP (Foiled Twisted Pair) / F/UTP — Фольгированная витая пара:
  • Конструкция: Общий экран из фольги вокруг всех пар.
  • Применение: Помещения с умеренными помехами.
• STP (Shielded Twisted Pair):
  • Конструкция: Каждая пара имеет индивидуальный экран из фольги, плюс общий экран-оплетка.
  • Применение: Промышленные предприятия с высоким уровнем помех.
• S/FTP (Screened/Foiled Twisted Pair):
  • Конструкция: Каждая пара в индивидуальном экране из фольги, и общий внешний экран из медной оплетки.
  • Применение: Высокоскоростные сети (10 Гбит/с и выше) в условиях сильных помех. Наиболее защищенный вариант.
• SF/UTP: Общий экран из фольги и оплетки.

Важно: Для эффективной работы экрана его необходимо правильно заземлять с обоих концов кабеля.

3.2. Категории кабеля (определяют производительность и полосу пропускания)

• Cat 5: Устарел. Полоса 100 МГц, поддерживает скорость до 100 Мбит/с (100BASE-TX) и, с оговорками, 1 Гбит/с.
• Cat 5e (Enhanced): Самый массовый. Полоса 100 МГц. Стабильно поддерживает скорость 1 Гбит/с (1000BASE-T) на расстоянии до 100 м.
• Cat 6: Полоса 250 МГц. Поддерживает 1 Гбит/с и 10 Гбит/с на расстоянии до 55 м. Имеет разделительный корд.
• Cat 6a (Augmented): Полоса 500 МГц. Поддерживает 10 Гбит/с (10GBASE-T) на полной дистанции 100 м.
• Cat 7: Полоса 600 МГц. Обязательно экранирование (S/FTP). Использует нестандартные разъемы GG45.
• Cat 7a: Полоса до 1000-1200 МГц. Перспективен для 40GBASE-T.
• Cat 8/8.1/8.2: Полоса 2000 МГц. Предназначен для коротких линий (до 30 м) в центрах обработки данных для соединений 25G/40G Ethernet.

4. Области применения

• Локальные вычислительные сети (LAN): Подключение компьютеров, принтеров, IP-камер, точек доступа Wi-Fi к коммутаторам.
• Телефония: Для аналоговых (POTS) и цифровых (IP) телефонных аппаратов.
• Системы видеонаблюдения (CCTV): Передача питания (PoE) и данных для IP-камер.
• Системы автоматизации зданий (KNX, BACnet).
• Вестибюльные панели и домофония.

5. Технические характеристики

• Волновое сопротивление: 100 ±15 Ом (стандарт для Ethernet).
• Затухание (Insertion Loss): Ослабление сигнала на длине кабеля. Зависит от частоты и категории.
• Перекрестные наводки на ближнем конце (NEXT): Помехи от одной пары в другую на ближнем к передатчику конце.
• Возвратные потери (Return Loss): Отражения сигнала из-за неоднородностей в кабеле.

6. Монтаж и обжим

Для подключения кабеля используются разъемы 8P8C (который ошибочно все называют RJ-45).

Схемы обжима:

• T568A: Бело-зеленый, Зеленый, Бело-оранжевый, Синий, Бело-синий, Оранжевый, Бело-коричневый, Коричневый.
• T568B: Бело-оранжевый, Оранжевый, Бело-зеленый, Синий, Бело-синий, Зеленый, Бело-коричневый, Коричневый.

Типы кабелей:

• Прямой (Straight-through): Обе стороны обжаты по одной схеме (T568A или T568B). Для соединения компьютера с коммутатором.
• Перекрестный (Crossover): Одна сторона обжата по T568A, другая по T568B. Для соединения двух компьютеров напрямую. Современное оборудование (Auto-MDIX) делает этот тип кабеля менее актуальным.

7. Power over Ethernet (PoE)

Технология, позволяющая передавать электрическую энергию для питания удаленного устройства по тому же кабелю «витая пара», что и данные.

• PoE (IEEE 802.3af): До 15.4 Вт.
• PoE+ (IEEE 802.3at): До 30 Вт.
• PoE++ (IEEE 802.3bt): До 60 Вт (Type 3) и 90 Вт (Type 4).

Заключение

Кабель «витая пара» остается доминирующим решением для построения кабельной инфраструктуры «последней мили» благодаря своему удачному балансу стоимости, производительности и простоты монтажа.

Ключевые выводы:

1. Выбор категории: Для большинства задач сегодня достаточно Cat 5e (1 Гбит/с) или Cat 6a (10 Гбит/с на 100 м).
2. Выбор экранирования: В обычных офисах и квартирах достаточно UTP. В условиях промышленных помех или для длинных трасс на 10 Гбит/с необходим FTP или S/FTP.
3. Качество материала: Избегайте кабеля CCA (омедненный алюминий) для стационарной прокладки. Только медь (CU).
4. Соблюдение стандартов: Качество всей сети определяется качеством самого слабого звена. Нельзя построить надежную сеть категории 6а на компонентах Cat 5e.

С развитием стандартов, «витая пара» продолжает эволюционировать, обеспечивая все более высокие скорости и оставаясь «кровеносной системой» цифрового мира.